基于原子力顯微鏡的微-納米加工研究.pdf

1、原子力顯微鏡(AtomicForceMicroscope，簡稱AFM)的誕生為納米技術(shù)的迅猛發(fā)展起到了推波助瀾的作用，為人們在納米尺度上研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其相互作用提供了有力的手段。雖然AFM在最初的發(fā)展階段主要是以形貌測量及獲得表面特性為應(yīng)用特征，但是人們相信把AFM作為加工工具來對材料進行納米加工將是其未來的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。 納米器件特別是納米電子器件的研究，是目前納米科技研究領(lǐng)域中最熱門的課題之一?，F(xiàn)今，納米操縱技術(shù)是制備

2、納米原型結(jié)構(gòu)、納米器件的重要手段之一。在本論文的研究中，我們使用原子力顯微鏡(AFM)，在接觸模式下實現(xiàn)了二部分工作：一、在硅片上采用局域氧化方法加工微/納米；二、對碳納米管束進行了各種可控操縱。 作為傳統(tǒng)光刻工藝的替代技術(shù)之一，基于AFM的局域氧化方法在納米加工領(lǐng)域具有獨特的優(yōu)勢。該方法操作簡單、成本低廉，集納米加工與原位觀測于一體，是未來納米電子器件及電路中極具潛力的構(gòu)筑手段。研究工作旨在進一步完善大氣環(huán)境下的基于AFM局域

3、氧化法的納米加工技術(shù)，在實驗和理論上進一步積累數(shù)據(jù)、經(jīng)驗，為下一步的實用化研究奠定基礎(chǔ)。隨著外加脈沖偏壓的增大、脈沖時間的增加，加工得到的點狀納米結(jié)構(gòu)的高度和半徑會隨之增加。建立了探針針尖-樣品表面體系的簡化模型，模擬計算了不同的偏壓、針尖頂端與樣品表面距離以及針尖曲率半徑下樣品表面的局域電場強度分布曲線；據(jù)此解釋了不同偏壓下氧化結(jié)構(gòu)高度的線性變化規(guī)律，說明了氧化結(jié)構(gòu)的高度和半徑隨著針尖頂端與樣品表面距離的增大會顯著減小的變化趨勢，推測

4、氧化結(jié)構(gòu)的高度基本與針尖曲率半徑無關(guān)，其半徑則與該參數(shù)近似呈線性關(guān)系。 利用AFM對碳納米管進行微納米操縱，是有效利用碳納米管優(yōu)異的力學、電學性質(zhì)的重要前提。我們研究了AFM對碳納米管束的各種可控操縱，包括彎折、切割和推移等。發(fā)現(xiàn)操縱結(jié)果與針尖作用力以及碳納米管束在基底表面的受力狀況有關(guān)。并重點對碳納米管操縱的動態(tài)過程進行了微觀力學分析。 綜上所述，AFM是進行微/納米加工的有效工具，我們的研究為利用AFM構(gòu)建微電子機械